Bài 14. Phản ứng hóa học và enthalpy trang 77, 78, 79, 80, 81 Hóa 10 Cánh diều

CH tr 77 MĐ

Cho các phản ứng sau:

(1) Phản ứng nung vôi: CaCO₃ → CaO + CO₂

(2) Phản ứng than cháy trong không khí: C + O₂ → CO₂

Trong hai phản ứng trên, phản ứng nào là tỏa nhiệt, phản ứng nào là thu nhiệt?

Phương pháp giải:

Phản ứng giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt (phản ứng tỏa nhiệt): phản ứng đốt cháy nhiên liệu, phản ứng tạo gỉ sắt, phản ứng oxi hóa glucose trong cơ thể, ...

Phản ứng hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt (phản ứng thu nhiệt): phản ứng trong lò nung vôi, nung clinker xi măng, …

Lời giải chi tiết:

(1) Phản ứng thu nhiệt.

(2) Phản ứng tỏa nhiệt.

CH tr 77 TH

Thực hiện hai thí nghiệm dưới đây:

Thí nghiệm 1: Đặt một nhiệt kế vào trong cốc thủy tinh chứa khoảng 50 mL dung dịch hydrochloric acid (HCl) 1M (hình 14.1). Khi nhiệt độ trong cốc ổn định, ghi nhiệt độ ban đầu. Thêm vào cốc khoảng 1 gam magnesium oxide (MgO) rồi dùng đũa thủy tinh khuấy liên tục. Quan sát hiện tượng phản ứng và ghi lại sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình phản ứng.

Thí nghiệm 2: Lặp lại thí nghiệm với bộ dụng cụ và cách tiến hành như trên, nhưng thay bằng khoảng 50 mL dung dịch CH₃COOH 5% (giấm ăn) và khoảng 5 gam baking soda (sodium hydrogen carbonate, NaHCO₃). Quan sát và ghi lại sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình phản ứng.

Viết phương trình hóa học xảy ra ở hai thí nghiệm trên và cho biết phản ứng nào là tỏa nhiệt, phản ứng nào là thu nhiệt.

Phương pháp giải:

- Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt

- Phản ứng thu nhiệt là phản ứng hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt

Lời giải chi tiết:

Thí nghiệm 1:

2HCl + MgO → MgCl₂ + H₂O

=> Cốc thí nghiệm nguội dần ( HCl ban đầu hơi ấm) => Phản ứng thu nhiệt.

Thí nghiệm 2:

CH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COONa + CO₂ + H₂O

=> Cốc thí nghiệm nóng lên => Phản ứng tỏa nhiệt.

CH tr 78 CH

1. Khi làm thí nghiệm, làm thế nào để biết một phản ứng là tỏa nhiệt hay thu nhiệt?

Phương pháp giải:

Phản ứng tỏa nhiệt: là phản ứng hóa học thường kèm theo sự giải phóng hoặc hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt.

Phản ứng thu nhiệt: là phản ứng hóa học có sự cung cấp nhiệt cho phản ứng

Lời giải chi tiết:

- Để nhận biết phản ứng tỏa nhiệt: Ta cảm nhận hoặc đo được nhiệt độ xung quanh phản ứng thí nghiệm đó tăng lên . Hoặc phản ứng không cần cung cấp nhiệt trong suốt quá trình xảy ra phản ứng

- Để nhận biết phản ứng thu nhiệt: Ta cần phải cung cấp nhiệt trong suốt quá trình xảy ra phản ứng thì phản ứng mới diễn ra

CH tr 78 VD

1. Dự đoán các phản ứng sau là tỏa nhiệt hay thu nhiệt?

a) Nung NH₄Cl(s) tạo ra HCl(g) và NH₃(g).

b) Cồn cháy trong không khí.

c) Phản ứng thủy phân collagen thành gelatin (là một loại protein dễ tiêu hóa) diễn ra khi hầm xương động vật.

Phương pháp giải:

Phản ứng giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt (phản ứng tỏa nhiệt): phản ứng đốt cháy nhiên liệu, phản ứng tạo gỉ sắt, phản ứng oxi hóa glucose trong cơ thể, ...

Phản ứng hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt (phản ứng thu nhiệt): phản ứng trong lò nung vôi, nung clinker xi măng, …

Lời giải chi tiết:

a) NH₄Cl(s) → HCl(g) + NH₃(g)

=> Phản ứng cần cung cấp nhiệt trong suốt quá trình phản ứng => Phản ứng thu nhiệt.

b) C₂H₅OH + O₂ → CO₂ + H₂O

=> Phản ứng chỉ cần cung cấp nhiệt vào thời điểm ban đầu và có tỏa nhiệt trong quá trình phản ứng => Phản ứng tỏa nhiệt.

c) Collagen → gelatin

=> Phản ứng cần cung cấp nhiệt trong suốt quá trình phản ứng (hầm) =>Phản ứng tỏa nhiệt.

CH tr 78 VD

2. Lấy ví dụ một số phản ứng xảy ra trong tự nhiên có kèm theo sự tỏa nhiệt hoặc thu nhiệt mà em biết.

Phương pháp giải:

- Phản ứng tỏa nhiệt: phản ứng giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt

- Phản ứng thu nhiệt: phản ứng hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt

Lời giải chi tiết:

Phản ứng tỏa nhiệt: Sulfuric acid (H₂SO₄) + Đường, Xăng cháy trong không khí, Củi cháy trong không khí, Phản ứng tạo gỉ sắt, Nến cháy trong không khí …

Phản ứng thu nhiệt: Băng tan, Nước lỏng bay hơi, Luộc trứng, Nấu canh, Nung gốm…

CH tr 79 CH

2. Nhiệt tỏa ra khi hình thành 1 mol Na₂O(s) ở điều kiện chuẩn từ phản ứng giữa Na(s) và O₃(g) có được coi là nhiệt tạo thành chuẩn của Na₂O(s) không? Giả sử Na tác dụng được với O₃ thu được Na₂O.

Phương pháp giải:

Enthalpy tạo thành chuẩn (nhiệt tạo thành chuẩn) của một chất là lượng nhiệt kèm theo của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất ở dạng bền nhất trong điều kiện chuẩn.

Lời giải chi tiết:

Nhiệt tỏa ra khi hình thành 1 mol Na₂O(s) ở điều kiện chuẩn từ phản ứng giữa Na(s) và O₃(g) không được coi là nhiệt tạo thành chuẩn của Na₂O(s) vì oxygen dạng phân tử O₃ (ozone) không là dạng bền nhất.

CH tr 79 CH

3. Trong ví dụ 1, ở cùng điều kiện phản ứng, nếu chỉ thu được 0,5 mol Na₂O thì lượng nhiệt tỏa ra là bao nhiêu kJ?

Phương pháp giải:

$Δ_{f} H_{298}^{0}$ giảm khi lượng chất tạo thành giảm.

Lời giải chi tiết:

2Na(s) + ½ O₂(g) → Na₂O(s) $Δ_{f} H_{298}^{0} = - 417, 98$ kJ.mol^-1

Na(s) + ¼ O₂(g) → ½ Na₂O(s) $Δ_{f} H_{298}^{0} = \frac{- 417, 98}{2} = 208, 99$ kJ.mol^-1

CH tr 79 CH

4. Vì sao enthalpy tạo thành của một đơn chất bền lại bằng không?

Phương pháp giải:

Đơn chất bền: tồn tại sẵn trong điều kiện chuẩn, không cần phản ứng nào để tạo thành

Lời giải chi tiết:

- Enthalpy tạo thành chuẩn của một chất là lượng nhiệt kèm theo của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất ở dạng bền nhất trong điều kiện chuẩn

=> Đơn chất bền, không cần phản ứng nào từ đơn chất để tạo thành

=> Enthalpy tạo thành của một đơn chất bền bằng 0

CH tr 80 CH

5. Giá trị

Δ_{r} H_{298}^{0}

của phản ứng sau là bao nhiêu kJ?

½ CH₄(g) + O₂(g) → ½ CO₂(g) + H₂O(l)

Phương pháp giải:

Dựa vào ví dụ (1) trang 80:

CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l) $Δ_{r} H_{298}^{0} = - 890, 36 k J$

$Δ_{r} H_{298}^{0}$ tỉ lệ thuận với lượng chất tham gia và sản phẩm

Lời giải chi tiết:

½ CH₄(g) + O₂(g) → ½ CO₂(g) + H₂O(l) $Δ_{r} H_{298}^{0} = \frac{- 890, 36}{2} = - 445, 18 k J$

CH tr 80 LT

1. Đốt cháy hoàn toàn 1 gam C₂H₂(g) ở điều kiện chuẩn, thu được CO₂(g) và H₂O(l), giải phóng 49,98 kJ. Tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng đốt cháy 1 mol C₂H₂.

Phương pháp giải:

$Δ_{r} H_{298}^{0}$ tỉ lệ thuận với lượng chất tham gia và sản phẩm

Lời giải chi tiết:

n_C2H2 = 1/26 (mol)

Đốt cháy 1/26 mol C₂H₂ tỏa ra 49,98 kJ

=> Đốt cháy 1 mol C₂H₂ tỏa ra x kJ

=> x = 1 x 49,98 : (1/26) = 1299,48 kJ

=> $Δ_{r} H_{298}^{0}$ = -1299,48kJ (vì đây là phản ứng tỏa nhiệt nên enthalpy mang giá trị âm)

CH tr 80 LT

2. Ở điều kiện chuẩn, cần phải đốt cháy hoàn toàn bao nhiêu gam CH₄(g) để cung cấp nhiệt cho phản ứng tạo 1 mol CaO bằng cách nung CaCO₃. Giả thiết hiệu suất các quá trình đều là 100%.

Phương pháp giải:

Khi đốt cháy 1 mol CH₄ tỏa ra 890,36 kJ

Để tạo thành 1 mol CaO bằng cách nung CaCO₃ cần 178,29kJ

Lời giải chi tiết:

- Khi đốt cháy 1 mol CH₄ tỏa ra 890,36 kJ

- Để tạo thành 1 mol CaO bằng cách nung CaCO₃ cần 178,29kJ

=> Số mol CH₄ cần dùng để đốt cháy là: 178,29 : 890,36 = 0,2 mol

=> Số gam CH₄ cần dùng để đốt cháy là: 0,2 x 16 = 3,2 (gam)

CH tr 80 VD

3. Sự hô hấp cung cấp oxygen cho các phản ứng oxi hóa chất béo, chất đường, tinh bột, … trong cơ thể con người. Đó là các phản ứng giải phóng hay hấp thụ năng lượng? Năng lượng kèm theo các phản ứng này dùng để làm gì?

Phương pháp giải:

Sự oxi hóa chất béo, chất đường, tinh bột...trong cơ thể con người giúp giải phóng năng lượng, cung cấp năng lượng cho các hoạt động

Lời giải chi tiết:

- Sự hô hấp cung cấp oxygen cho các phản ứng oxi hóa chất béo, chất đường, tinh bột,... trong cơ thể con người đó là các phản ứng giải phóng năng lượng

- Năng lượng kèm theo các phản ứng dùng để cung cấp năng lượng cho các hoạt động

Bài tập 1

Bài 1. Những loại phản ứng nào sau đây cần phải cung cấp năng lượng trong quá trình phản ứng?

(a) Phản ứng tạo gỉ kim loại

(b) Phản ứng quang hợp

(c) Phản ứng nhiệt phân

(d) Phản ứng đốt cháy

Phương pháp giải:

Phản ứng cần cung cấp năng lượng trong quá trình phản ứng là phản ứng thu nhiệt

Lời giải chi tiết:

(a): Không cần cung cấp nhiệt

(b): Không cần cung cấp nhiệt

(c): Cần cung cấp nhiệt để nhiệt phân

(d): Chi cần nhiệt lúc khơi mào phản ứng

=> Phản ứng (c) là phản ứng cần cung cấp năng lượng trong quá trình phản ứng

Đáp án C

Bài tập 2

Bài 2. Một số phản ứng khi xảy ra sẽ làm nóng môi trường xung quanh, một số khác lại làm lạnh môi trường xung quanh. Em hãy cho biết sự khác biệt cơ bản giữa hai loại phản ứng này.

Phương pháp giải:

- Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt

- Phản ứng thu nhiệt là phản ứng hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt

Lời giải chi tiết:

- Phản ứng khi xảy ra làm nóng môi trường xung quanh => Phản ứng giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt => Phản ứng tỏa nhiệt

- Phản ứng khi xảy ra làm lạnh môi trường xung quanh => Phản ứng hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt => Phản ứng thu nhiệt

Bài tập 3

Bài 3. Cho biết phản ứng sau có $Δ_{t}, H_{298}^{o}$ > 0 và diễn ra ở ngay nhiệt độ phòng.

2NH₄NO₃(s) + Ba(OH)₂.8H₂O(s) → 2NH₃(aq) + Ba(NO₃)₂(aq) + 10H₂O(l)

Khi trộn đều một lượng ammonium nitrate (NH₄NO₃) rắn với một lượng barium hydroxide ngậm nước (Ba(OH)₂.8H₂O) ở nhiệt độ phòng thì nhiệt độ của hỗn hợp sẽ tăng hay giảm? Giải thích.

Phương pháp giải:

Khi phản ứng thu nhiệt thì $Δ_{t}, H_{298}^{o}$ > 0

Lời giải chi tiết:

Ta có: $Δ_{t}, H_{298}^{o}$ > 0 => Đây là phản ứng thu nhiệt

=> Phản ứng sẽ hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt

=> Nhiệt độ của hỗn hợp giảm

Bài tập 4

Bài 4. Cho biết phản ứng tạo thành 2 mol HCl(g) ở điều kiện chuẩn sau đây tỏa ra 184,6 kJ:

H₂(g) + Cl₂(g) → 2HCl(g) (*)

Những phát biểu sau dưới đây là đúng?

A. Nhiệt tạo thành của HCl là -184,6 kJ.mol^-1.

B. Biến thiên enthalpy phản ứng (*) là -184,6 kJ.

C. Nhiệt tạo thành của HCl là -92,3 kJ.mol^-1.

D. Biến thiên enthalpy phản ứng (*) là -92,3 kJ.

Phương pháp giải:

- Enthalpy tạo thành chuẩn của một chất là lượng nhiệt kèm theo của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất ở dạng bền nhất trong điều kiện chuẩn

- Phản ứng tỏa nhiệt thì enthalpy mang giá trị âm

Lời giải chi tiết:

A. Sai vì đó là nhiệt tạo thành của 2 mol HCl

B. Đúng vì (*) là phản ứng tỏa nhiệt nên enthalpy mang giá trị âm

C. Đúng vì nhiệt tạo thành tỉ lệ với số mol chất tạo thành, đây là phản ứng tỏa nhiệt nên mang giá trị âm

D. Sai vì phản ứng (*) ứng với 2 mol

=> Đáp án B, C đúng

Lý thuyết

>> Xem chi tiết: Lý thuyết bài 14: Phản ứng hóa học và Enthalpy